陳婉婷

(天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)國際學(xué)校 天津 300457)

2020年初，始新冠疫情突發(fā)，舉國上下勠力同心對抗新冠病毒，出門佩戴口罩也成為了生活常態(tài)。在此特殊的時代背景下，孩子們對“病毒”這一概念產(chǎn)生了強烈的好奇心，科學(xué)教師要肩負起向?qū)W生科普病毒等微生物的相關(guān)知識，因此，STEAM課程——微生物的“秘密行動”應(yīng)運而生。

一、教學(xué)目標

（一）科學(xué)概念目標

1.知道微生物的存在，了解微生物是如何產(chǎn)生的。

2.知道微生物是如何傳播與繁殖的，了解流感爆發(fā)的途徑。

3.了解常見微生物的分類和形態(tài)特征。

4.知道簡單的消毒與滅菌方法，了解發(fā)酵酸奶和饅頭的條件與方法。

（二）科學(xué)探究目標

1.能觀察到生活中與微生物相關(guān)的現(xiàn)象，并提出問題。

2.學(xué)會使用顯微鏡，借助顯微鏡解決研究中的實際問題。

3.能設(shè)計并實施實驗來驗證觀點，并對實驗結(jié)果進行簡單的分析與詮釋。

4.通過探究實驗找到發(fā)酵的最佳條件，并學(xué)會使用乳酸桿菌發(fā)酵酸奶，使用酵母菌發(fā)酵饅頭。

（三）科學(xué)態(tài)度目標

1.初步形成對微觀世界的正確認識，對微生物研究歷史及相關(guān)科學(xué)家的故事產(chǎn)生濃厚興趣。

2.善于從生活實際中發(fā)現(xiàn)問題，產(chǎn)生進一步探究的興趣，養(yǎng)成實驗探究的精神。

（四）科學(xué)技術(shù)與社會環(huán)境目標

1.知道微生物與人類的密切關(guān)系，了解微生物對人類生產(chǎn)和生活的影響。

2.樹立良好的衛(wèi)生習(xí)慣，勤洗手，公共場合佩戴口罩，注意飲食衛(wèi)生。

二、課程內(nèi)容

第一課（2課時）

1.核心問題：微生物是怎樣產(chǎn)生與傳播的？

2.情境創(chuàng)設(shè)：美味的食物掉在地上了，快速撿起來還能繼續(xù)吃嗎？

學(xué)生觀點一：只要快速撿起來，把臟東西除掉，就可以繼續(xù)品嘗美食。

學(xué)生觀點二：即便是快速撿起來，也不能繼續(xù)吃，因為臟東西非常小，有的小到肉眼都看不到，無法確保全部去除干凈，不干凈的東西吃到肚子里會影響健康。

總結(jié)：有一群無處不在的微小生物，它們種類繁多，數(shù)量更是不計其數(shù)，對我們的生活產(chǎn)生了極大的影響，這就是微生物。

3.科學(xué)家的故事：巴斯德的鵝頸瓶實驗[1]

法國微生物學(xué)家巴斯德進行了著名的鵝頸燒瓶實驗。

實驗步驟：將肉湯分別灌進普通燒瓶和鵝頸瓶里，煮沸、冷卻。瓶口敞開，使外界的空氣可以與肉湯表面接觸，自然放置。

實驗現(xiàn)象：過了三天，第一個燒瓶里就出現(xiàn)了微生物，而第二個燒瓶內(nèi)的肉湯放置數(shù)年仍然清澈透明，沒有變質(zhì)和產(chǎn)生微生物。

實驗結(jié)論：生物只能源于生物，非生命物質(zhì)絕對不能隨時自發(fā)地產(chǎn)生新生命。這一觀點稱為“生生論”，推翻了“自然發(fā)生論”。

4.實驗一：微生物是怎樣產(chǎn)生的？

材料：透明彎曲的細吸管，錐形瓶，氣球，透明膠帶，水，小噴瓶，色素，牛奶

任務(wù)：（1）學(xué)生根據(jù)教師提供的材料，小組合作設(shè)計并制作一個簡易鵝頸瓶模型，并將牛奶封入瓶中。（2）用色素水模擬微生物，使用裝有色素水的小噴瓶在瓶口處噴灑，挑戰(zhàn)色素水能否進入鵝頸瓶內(nèi)部，從而接觸到牛奶。

現(xiàn)象：色素水只能到達第一道轉(zhuǎn)彎處，無法接觸到牛奶

結(jié)論：正是因為鵝頸瓶的特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致微生物無法進入瓶內(nèi)，使瓶內(nèi)的食物得以長期保存。重現(xiàn)了巴斯德的鵝頸瓶實驗，驗證了“生生論”。

5.實驗二：我們是如何幫助微生物傳播的？

材料：涂有熒光粉的玩偶，一次性手套

任務(wù)：（1）請學(xué)生佩戴好一次性手套，依次觸摸玩偶，每人5秒即可。

（2）自由活動五分鐘。

（3）用紫外燈照射學(xué)生的手部和周圍環(huán)境，尋找哪些地方有熒光出現(xiàn)。

現(xiàn)象：學(xué)生的手部，文具，書本，桌面等處都發(fā)現(xiàn)了熒光痕跡。

（教師向?qū)W生解釋事先在玩偶上涂了熒光粉，本實驗使用熒光粉模擬微生物）

結(jié)論：微生物看不見摸不著，卻無處不在，不經(jīng)意間傳播到四面八方。

6.實驗三：為什么要勤洗手？

材料：洗手液，載玻片，蓋玻片，鑷子，膠頭滴管，燒杯，顯微鏡，自來水

任務(wù)：（1）實驗組：用洗手液洗手；對照組：不洗手

（2）用膠頭滴管在掌心處滴5-10滴水，將水滴在掌心處晃動。

（3）兩組同學(xué)分別將手上殘余的水滴到潔凈的載玻片上，用鑷子和蓋玻片等工具制成臨時裝片，并置于顯微鏡下觀察。

現(xiàn)象：洗手的實驗組在視野中較為潔凈，無明顯雜質(zhì)；未洗手的對照組在視野中雜質(zhì)較多。

結(jié)論：教師為學(xué)生講解，由于使用的顯微鏡放大倍數(shù)較低，并不能看到手上的微生物，視野中所見內(nèi)容為手中的雜質(zhì)，但這足以證明洗手能及時清洗掉手上的微生物，因此要勤洗手。

提升環(huán)節(jié)：為學(xué)生準備體積較大的常見微生物——酵母菌，加水稀釋后制成臨時裝片，置于顯微鏡下觀察酵母菌的形態(tài)。

7.科學(xué)家的故事：列文虎克與顯微鏡[2]

1647年，荷蘭人列文虎克一生磨制了400多個透鏡，利用能放大50～300倍的透鏡，清楚地看見了細菌和原生動物，他的發(fā)現(xiàn)和描述首次揭示了一個嶄新的生物世界——微生物世界。

第二課（2課時）

1.核心問題：如何防控流感大爆發(fā)？

2.情境創(chuàng)設(shè)：我們生活的小鎮(zhèn)上發(fā)生了嚴重的流感大爆發(fā)，你是小鎮(zhèn)科普宣傳員，為了讓小鎮(zhèn)居民更好地了解流感，你想為小鎮(zhèn)居民科普哪些流感知識呢？

3.活動一：流感病毒通緝令

學(xué)生使用教師提供的材料制作一個流感病毒的模型，并明確各部分結(jié)構(gòu)的作用。

材料：彩色輕黏土，棉簽，扭扭棒，帶切口的乒乓球

任務(wù)：（1）將輕黏土涂在乒乓球外表面——模擬病毒外殼

（2）將數(shù)根棉簽從中間折斷，插在輕黏土表面——模擬外殼表面的細胞識別物質(zhì)

（3）將扭扭棒旋轉(zhuǎn)成螺旋形，從切口處放入乒乓球內(nèi)部——模擬病毒的遺傳物質(zhì)

結(jié)論：病毒的形態(tài)各異，是一種非細胞結(jié)構(gòu)。病毒都含有遺傳物質(zhì)（DNA或RNA），蛋白質(zhì)衣殼（包裹和保護遺傳物質(zhì)），且能通過表面特殊結(jié)構(gòu)識別并入侵細胞（正如鑰匙開鎖一樣）[3]。

4.活動二：流感病毒繁殖有多快？

任務(wù)：用綠豆模擬病毒，完成病毒的計時繁殖，通過視覺直觀感受，使學(xué)生理解其繁殖速度之快，繁殖多代后數(shù)量之龐大，及其繁殖數(shù)量呈指數(shù)增長的特點。

已知細菌20-30分鐘即可復(fù)制一代，病毒雖增殖方式較為復(fù)雜，但其繁殖速度同樣很快。現(xiàn)假設(shè)病毒數(shù)量每一小時翻一倍，請小組合作探究經(jīng)過24小時之后，一個病毒變成了多少病毒。（暫不考慮失活）

材料：綠豆，計時器

任務(wù)：將時間快進60倍，以一分鐘模擬一小時，用綠豆數(shù)出每個時間節(jié)點新產(chǎn)生的病毒數(shù)量。（數(shù)量過多時可用數(shù)字記錄代替實際數(shù)綠豆）

現(xiàn)象：

時間（小時） 1 2 3 4 5 6 7 8病毒數(shù)量（個） 2 4 8 16 32 64 128 256時間（小時） 9 10 11 12 13 14 … N病毒數(shù)量（個） 512 1024 2048 4096 8192 16384 … 2n

結(jié)論：在適宜的條件下，病毒繁殖速度非?？?，數(shù)量龐大，呈現(xiàn)指數(shù)形式增長。

5.活動三：公共場所為什么要戴口罩？

材料：A4紙，噴壺，色素，水，口罩

任務(wù)：一名同學(xué)扮演病毒攜帶者，用噴壺噴灑色素水模擬飛沫傳播；一名同學(xué)扮演健康者，用A4紙模擬飛沫接觸。兩人面對面間距1米，實踐檢驗在佩戴或未佩戴口罩的情況下，病毒的傳播情況，比較健康者被傳染的可能性大小。（病毒攜帶者佩戴口罩即為用口罩遮住噴頭，健康者佩戴口罩即為用口罩遮住折疊后的A4紙）

（1）兩人均未佩戴口罩

（2）病毒攜帶者未佩戴口罩，健康者正確佩戴口罩

（3）病毒攜帶者正確佩戴口罩，健康者未佩戴口罩

（4）兩人均正確佩戴口罩

現(xiàn)象：A4紙染色程度：a＞b＞c＞d

結(jié)論：健康者被傳染的可能性a＞b＞c＞d，因此得出結(jié)論：在公共場合需正確佩戴口罩，并盡量保持分散。

6.科學(xué)論壇：我們?nèi)绾螌沽鞲校?/p>

觀點一：咳嗽，打噴嚏，流鼻涕，發(fā)燒，都是我們的身體在對抗病毒。

觀點二：日常生活中，我們也要做到勤洗手，勤通風(fēng)，多保暖，戴口罩等

觀點三：接種疫苗

7.科學(xué)家的故事：愛德華·琴納與天花病毒[4]

英國鄉(xiāng)村醫(yī)生愛德華·琴納發(fā)現(xiàn)，一些擠奶工的手上常常有牛痘，而有牛痘者全都沒有患上天花。于是他從一位擠牛奶女工手背上的牛痘里吸取少量膿汁，接種在一名兒童身上。2個月后，他又給這名兒童接種天花病毒，結(jié)果該兒童并沒有出現(xiàn)天花的癥狀。1798年，他發(fā)表了著名論文《關(guān)于牛痘的原因及其結(jié)果的研究》，牛痘接種法正式誕生。

第三課（4課時）

1.核心問題：怎樣建立微生物虛擬博物館？

2.情境創(chuàng)設(shè)：由于在疫情防控中的優(yōu)秀表現(xiàn)，你們受到相關(guān)部門的邀請，請搜集資料，了解更多微生物知識，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，建立一個微生物虛擬博物館。

3.活動一：微生物見面會

學(xué)生課前查找資料，于課上以第一人稱，選擇并扮演一種微生物，在“微生物見面會”上進行自我介紹，分享自己的名稱、類別和形態(tài)特點，并制作微生物名片。

病毒類：（1）煙草花葉病毒（2）大腸桿菌噬菌體（3）HIV病毒（4）流感病毒（5）狂犬病毒（6）水痘病毒（7）埃博拉病毒

細菌類：（1）大腸桿菌（2）球菌，桿菌，螺旋菌

真菌類：（1）蘑菇（2）金針菇（3）酵母菌（4）青霉（5）曲霉

4.活動二：創(chuàng)建微生物虛擬博物館

學(xué)生根據(jù)自己查閱的資料，并聆聽其他同學(xué)的分享，用硬紙白卡和輕粘土創(chuàng)作各類微生物的名片和模型。

5.活動三：故事會——噬菌體與大腸桿菌的殊死較量

學(xué)生課前查找資料，以故事分享的形式講述噬菌體對其宿主大腸桿菌的入侵，在其體內(nèi)的繁殖，以及最終使其破裂的過程。

（1）場景一（入侵）：噬菌體識別細胞，蛋白質(zhì)外殼留在細胞外，遺傳物質(zhì)進入大腸桿菌的細胞內(nèi)部，實現(xiàn)入侵。

（2）場景二（增殖）：利用大腸桿菌的細胞器，通過一系列的步驟，進行增殖。

（3）場景三（破裂）：增殖到一定數(shù)量后，導(dǎo)致其宿主大腸桿菌死亡并破裂，釋放出里面的病毒，新一代病毒開始新的生命旅程。

第四課（2課時）

1.核心問題：如何制作美味的酸奶？

2.情境創(chuàng)設(shè)：酸奶是你最愛的美食了，但是爸爸媽媽每天都幫你買新鮮的酸奶很辛苦，如何說服媽媽為你購買酸奶機和菌種，這樣你就可以在家自制美味的酸奶了？

3.科學(xué)論壇：酸奶為什么有益身體健康？

觀點一：乳酸菌能把鮮牛奶中的乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗帷Ｊ谷梭w消化腺分泌更多的消化液，促進消化，增進食欲。

觀點二：抑制腸道內(nèi)細菌繁殖，且不會出現(xiàn)乳糖不耐受。

觀點三：促進蛋白質(zhì)和鈣的消化吸收。

4.活動一：酸奶機如何制作酸奶？

材料：酸奶機，酸奶發(fā)酵菌粉（雙歧乳酸桿菌型），純凈水，鮮牛奶。

任務(wù)：用剛燒開的沸水將酸奶機內(nèi)膽沖燙消毒一分鐘以上。

向容器中加入鮮牛奶750毫升和酸奶發(fā)酵劑一克，攪拌均勻。

40℃左右發(fā)酵數(shù)小時直至酸奶成為固體狀態(tài)。

結(jié)論：酸奶是用鮮牛奶加入乳酸菌經(jīng)過恒溫發(fā)酵制成的。

5.活動二：尋找生活中的發(fā)酵產(chǎn)品

（1）乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品：酸奶，泡菜

（2）曲霉類發(fā)酵產(chǎn)品：醬油，腐乳，酒精

（3）醋酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)品：醋

（4）酵母發(fā)酵產(chǎn)品：饅頭，面包，酒精

（5）谷氨酸棒狀桿菌：谷氨酸（味精原料為谷氨酸鈉）

（6）青霉菌：青霉素

（7）鏈霉素：維生素B12

……

6.科學(xué)家的故事：巴斯德與巴氏消毒法[5]

1865年，法國科學(xué)家路易斯·巴斯德發(fā)明了一種能殺滅使啤酒和葡萄酒變酸變質(zhì)的乳酸桿菌，又不把酒煮壞、影響其口感的消毒滅菌方法，即巴氏消毒法。如今，此方法廣泛運用于牛奶的消毒滅菌，第一種是將牛奶加熱到62℃-65℃，保持30min；第二種方法將牛奶加熱到75℃-90℃，保溫15s-16s。巴氏殺菌乳即殺死牛奶中各種致病菌，保留有益菌和營養(yǎng)物質(zhì)的乳品，保質(zhì)期較短，需冷藏保存。

第五課（2課時）

1.核心問題：怎樣發(fā)酵出松軟的饅頭？

2.情境創(chuàng)設(shè)：你和家人出去郊游，帶了美味的面包作為午餐，但是因為包里被許多東西塞得滿滿的，到達目的地后你發(fā)現(xiàn)面包已經(jīng)被壓扁了，松軟的面包是如何制作出來的？為什么面包內(nèi)部是松軟多孔的？

3.活動一：探究酵母發(fā)酵的最佳條件。

材料：市售干酵母，溫水，100毫升錐形瓶，氣球，面粉，白砂糖，電子秤，稱量勺，稱量紙，50毫升量筒

實驗計劃：

實驗材料組別 第1組 第2組 第3組 第4組 第5組面粉5克 √ √ √糖5克 √ √干酵母1克 √ √ √ √水50毫升 溫水 溫水 溫水 冷水 冷水

第1組未加入酵母，為空白對照組；第2-5組為實驗組，其中第2組和第3組相對比，可探究出酵母菌發(fā)酵過程中喜歡的食物為面粉還是糖。第2組和第4組，第3組和第5組相對比，可探究出酵母菌發(fā)酵過程中適宜使用冷水還是溫水。

步驟：（1）先向錐形瓶中加入對應(yīng)的面粉，糖，干酵母。

（2）加入水并迅速套上氣球

（3）觀察并比較各組氣球大小的變化

現(xiàn)象：第3組迅速產(chǎn)生大量氣體，氣球迅速膨脹。

氣球大小對比：3＞5＞2＞4＞1

結(jié)論：酵母菌對糖類的利用效率更高，伴隨著酵母菌的生命活動，會產(chǎn)生二氧化碳等氣體，這也是饅頭、面包松軟多孔的原因。因此，面粉發(fā)酵過程中，宜加入少許白砂糖，并在適宜溫度下發(fā)酵一段時間。

4.活動二：發(fā)酵饅頭實驗

材料：面粉，溫水，白砂糖，干酵母，保鮮袋，一次性手套，實驗用圓盆

步驟：（1）加入適量面粉，酵母，糖，充分攪拌

（2）加入適量溫水，揉成面團

（3）將面團裝入保鮮袋，室溫發(fā)酵30分鐘

現(xiàn)象：面團體積變大，面團內(nèi)部有豐富的孔隙。

結(jié)論：使用酵母菌可發(fā)酵制作出美味的饅頭

三、課程評價[6]

課程評價共分為五項，每項20分，滿分100分。

1.發(fā)現(xiàn)問題：善于觀察，能夠在實際生活情境中發(fā)現(xiàn)問題，所提出的問題有創(chuàng)新性和探究意義，且對生活和學(xué)習(xí)情境有所改進與創(chuàng)新。

2.設(shè)計方案：善于運用工程師思維，思考解決方案或設(shè)計探究活動，思路清晰，可操作性強，創(chuàng)意度高。

3.資源整合：能夠從多種渠道搜集有效信息，實驗材料等課程資源并合理利用，幫助解決所研究的問題。

4.解決問題：實驗操作中技術(shù)運用熟練，動手能力強，解決問題思路清晰，小組分工明確，完成效率高，目標達成度高。

5.科學(xué)素養(yǎng)：善于表達，樂于分享，勤于合作，勇于承擔。